(57)【要約】【課題】  超音波振動に影響を与えることなく被接合物を十分に加熱することができる超音波接合装置および電子デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】  超音波接合装置は、超音波振動を加えてチップ１２と基板９とを接合する超音波接合装置であって、基板９が載置される接合ステージ８と、超音波振動を発生させる超音波振動子２と、超音波振動子２に接続され、超音波振動子２において発生した超音波振動をチップ１２に伝達する超音波ホーン１と、超音波ホーン１を加熱するヒータ３と、超音波ホーン１とヒータ３とが接する状態と、超音波ホーン１とヒータ３とが離間した状態とを実現する移動機構とを備える。【選択図】        図１
2005230845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を加えて電子部品と基板とを接合する超音波接合装置であって、
前記基板が載置されるテーブルと、
前記超音波振動を発生させる発振部と、
前記発振部に接続され、該発振部において発生した前記超音波振動を前記電子部品に伝達する振動伝達部と、
前記振動伝達部を加熱するヒータと、
前記振動伝達部と前記ヒータとが接する状態と、前記振動伝達部と前記ヒータとが離間した状態とを実現する移動機構とを備えた超音波接合装置。
【請求項２】
前記ヒータは、該ヒータを前記振動伝達部に接する位置から前記振動伝達部と離間する位置に移動させるヒータ移動手段を介して前記発振部に接続される、請求項１に記載の超音波接合装置。
【請求項３】
前記テーブルはベース上に設けられ、
前記ヒータは、該ヒータを前記振動伝達部に接する位置から前記振動伝達部と離間する位置に移動させるヒータ移動手段を介して前記ベースに接続される、請求項１に記載の超音波接合装置。
【請求項４】
前記ヒータと前記振動伝達部との間に、空気よりも熱伝導率が大きく、前記ヒータおよび前記振動伝達部よりも硬度が小さい伝熱部を備えた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波接合装置。
【請求項５】
電子部品と基板とを有する電子デバイスの製造方法であって、
前記基板をテーブル上に載置する工程と、
超音波発振部からの超音波振動を前記電子部品に伝達する振動伝達部で前記電子部品を保持する工程と、
前記電子部品を保持した振動伝達部をヒータにより加熱する工程と、
前記振動伝達部と前記ヒータとを離間させる工程と、
前記振動伝達部と前記ヒータとを離間させた後に、前記電子部品に伝達された前記超音波振動により前記電子部品と前記基板とを接合する工程とを備えた電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波接合装置および電子デバイスの製造方法に関し、特に、電子部品と基板とを接合する超音波接合装置および電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品と基板とを接合するための装置として、超音波接合装置が従来から用いられている。
【０００３】
たとえば特許第３０７８２３１号公報（従来例１）においては、超音波振動子の出力端に結合された共振器とこれに相対峙して配置された載荷台との一方または両方を互いに近づく方向に移動させ、それらの間で重ね合わせれた複数の被接合部材を加圧保持し、振動子から共振器に伝達された超音波振動により、複数の被接合部材を互いに接合する超音波接合装置であって、共振器を加熱するためのヒータを、該共振器の最小振幅点に配置したものが開示されている。
【０００４】
また、特開２００３−２８２６４４号公報（従来例２）においては、超音波振動発生手段と、該超音波振動発生手段と結合された共振体と、共振体に埋設されたヒータ（加熱手段）とを備えた超音波ヘッドが開示されている。
【０００５】
また、特開２００３−１４５２８２号公報（従来例３）においては、超音波発振子と、該超音波発振子に接続された超音波ホーンと、超音波ホーンに取付けられたヒータと、超音波ホーンを冷却する冷却部とを備えた超音波接合装置が開示されている。
【０００６】
さらに、特開平９−１６８８７６号公報（従来例４）においては、超音波ホーンと対向するアンビル（ベース）にヒータを挿入し、該ヒータによりアンビルを加熱し、加熱されたアンビルの熱を被接合物に伝達するようにした超音波接合装置が開示されている。
【特許文献１】特許第３０７８２３１号公報
【特許文献２】特開２００３−２８２６４４号公報
【特許文献３】特開２００３−１４５２８２号公報
【特許文献４】特開平９−１６８８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような超音波接合装置においては、以下のような問題があった。
【０００８】
従来例１〜３に示すように、超音波振動を伝達するための伝達部材にヒータを取付けて超音波振動による接合を行なう場合、伝達部材に取付けられたヒータによる超音波振動への影響を完全に排除することができない。また、ヒータと伝達部材とを非接触の状態にして加熱する場合、加熱効率が低下するという問題がある。
【０００９】
また、従来例４に示すように、ベース側のみにヒータを設けた場合、伝達部材（超音波ホーンなど）側の加熱が不十分となる場合がある。この結果、被接合部材を接合する際に、固定樹脂などの接合部材の粘度が変化し、接合条件が安定しにくいという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、超音波振動に影響を与えることなく被接合物を十分に加熱することができる超音波接合装置および電子デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る超音波接合装置は、超音波振動を加えて電子部品と基板とを接合する超音波接合装置であって、基板が載置されるテーブルと、超音波振動を発生させる発振部と、発振部に接続され、発振部において発生した超音波振動を電子部品に伝達する振動伝達部と、振動伝達部を加熱するヒータと、振動伝達部とヒータとが接する状態と振動伝達部とヒータとが離間した状態とを実現する移動機構とを備える。
【００１２】
本発明に係る電子デバイスの製造方法は、電子部品と基板とを有する電子デバイスの製造方法であって、基板をテーブル上に載置する工程と、超音波発振部からの超音波振動を電子部品に伝達する振動伝達部で電子部品を保持する工程と、電子部品を保持した振動伝達部をヒータにより加熱する工程と、振動伝達部とヒータとを離間させる工程と、振動伝達部とヒータとを離間させた後に、電子部品に伝達された超音波振動により電子部品と基板とを接合する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、超音波振動を加えて電子部品と基板とを接合する超音波接合において、超音波振動に影響を与えることなく被接合物を十分に加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に基づく超音波接合装置および電子デバイスの製造方法の実施の形態について、図１から図１１を用いて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１，図２は、実施の形態１に係る超音波接合装置を示した図である。
【００１６】
本実施の形態に係る超音波接合装置は、超音波振動を加えてチップ１２（電子部品）と基板９とを接合する超音波接合装置であって、図１に示すように、基板９が載置される接合ステージ８（テーブル）と、超音波振動を発生させる超音波振動子２（発振部）と、超音波振動子２に接続され、超音波振動子２において発生した超音波振動をチップ１２に伝達する超音波ホーン１（振動伝達部）と、超音波ホーン１を加熱するヒータ３と、超音波ホーン１とヒータ３とが接する状態と、超音波ホーン１とヒータ３とが離間した状態とを実現する移動機構とを備える。
【００１７】
移動機構は、ヒータ３を超音波ホーン１に接する位置から超音波ホーン１と離間する位置に移動させるヒータ移動手段４と、電子部品１２をそれぞれθ方向（Ｚ軸まわりの回転方向）、Ｚ軸方向、ＸＹ平面方向に移動させるθ方向移動手段５、Ｚ方向移動手段６、ＸＹ方向移動手段７とを有する。
【００１８】
接合ステージ８は、ベース１４上に設けられる。接合ステージ８上に被接合物である基板９が載置される。接合ステージ８には加熱手段（図示せず）が設けられ、基板９および基板９上の固定樹脂１１を加熱している。
【００１９】
ベース１４Ａ上にはＸＹ方向移動手段７が設けられ、ＸＹ方向移動手段７から支柱１６が立ち上がる。支柱１６の先端側にはＺ方向移動手段６が設けられ、Ｚ方向移動手段６から支柱１６と交差する方向にアーム１７が立ち上がる。アーム１７の先端側にはθ方向移動手段５を介してブラケット１５が取り付けられる。ブラケット１５の一端側にはヒータ移動手段４を介してヒータ３が取付けられ、ブラケット１５の他端側には超音波振動子２が取付けられる。すなわち、ヒータ３は、ヒータ移動手段４を介して超音波振動子２に接続されている。
【００２０】
被接続物であるチップ１２は、超音波ホーン１に保持される。超音波ホーン１は、超音波振動子２に接続されており、超音波振動子２において発生した超音波振動をチップ１２に伝達する。
【００２１】
上記の移動手段の動作について、超音波接合の手順と併せて以下に説明する。
【００２２】
図１を参照して、ヒータ３は超音波ホーン１に接触しており、ヒータ３によって超音波ホーン１が加熱される。この状態で、θ方向移動手段５およびＸＹ方向移動手段７を作動させ、チップ１２の電極１３と基板９上の電極１０との位置合わせを行なう。
【００２３】
図１の状態から、Ｚ方向移動手段６によって超音波ホーン１を下降させ、図２に示すように、固定樹脂１１を介して基板９とチップ１２とを接続、加圧する。この際、ヒータ移動手段４を作動させ、ヒータ３を超音波ホーン１から離間させる。
【００２４】
この状態で、超音波振動子２を作動させ、超音波ホーン１を超音波振動させる。以上の工程の実施により、電極１０，１３が互いに接続され、基板９とチップ１２とを有する電子デバイスが作製される。
【００２５】
本実施の形態に係る電子デバイスの製造方法について要約すると、以下のようになる。本実施の形態に係る電子デバイスの製造方法は、基板９を接合ステージ８（テーブル）上に載置する工程と、超音波振動子２（超音波発振部）からの超音波振動をチップ１２（電子部品）に伝達する超音波ホーン１（振動伝達部）でチップ１２を保持する工程と、チップ１２を保持した超音波ホーン１をヒータ３により加熱する工程と、超音波ホーン１とヒータ３とを離間させる工程と、超音波ホーン１とヒータ３とを離間させた後に、チップ１２に伝達された超音波振動によりチップ１２と基板９とを電気的に接続（接合）する工程とを備える。
【００２６】
本実施の形態においては、ヒータ３により超音波ホーン１を加熱することで、チップ１２が加熱されるので、チップ１２と固定樹脂１１とが接触した際に、固定樹脂１１の温度および粘度が変化するのを抑制することができる。また、超音波振動によりチップ１２と基板９と接合する際に超音波ホーン１とヒータ３とを離間させることで、ヒータ３による超音波振動への影響を抑制することができる。以上により、安定した接合条件を実現することができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図３，図４は、実施の形態２に係る超音波接合装置を示した図である。なお、図３は、ヒータ３により超音波ホーン１を加熱している状態を示す図であり、図４は、ヒータ３を超音波ホーン１から離間させた後に、超音波振動によりチップ１２と基板９とを接合している状態を示す図である。
【００２８】
本実施の形態に係る超音波接合装置は、実施の形態１に係る超音波接合装置の変形例であって、図３，図４に示すように、ベース１４Ｂ上にθ方向移動手段５とＸＹ方向移動手段７とを設けた点で、実施の形態１と異なる。
【００２９】
本実施の形態においては、ベース１４から支柱１６が立ち上がる。支柱１６の先端側にはＺ方向移動手段６が設けられ、Ｚ方向移動手段６から支柱１６と交差する方向にアーム１７が立ち上がる。アーム１７の先端側にはブラケット１５が取り付けられる。ブラケット１５の一端側にはヒータ移動手段４を介してヒータ３が取付けられ、ブラケット１５の他端側には超音波振動子２が取付けられる。すなわち、ヒータ３は、ヒータ移動手段４を介して超音波振動子２に接続されている。
【００３０】
以上の構成により、実施の形態１と同様の移動機構を実現することができる。したがって、本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００３１】
なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。
【００３２】
（実施の形態３）
図５，図６は、実施の形態３に係る超音波接合装置を示した図である。なお、図５は、ヒータ３により超音波ホーン１を加熱している状態を示す図であり、図６は、ヒータ３を超音波ホーン１から離間させた後に、超音波振動によりチップ１２と基板９とを接合している状態を示す図である。
【００３３】
本実施の形態に係る超音波接合装置は、上述した各実施の形態に係る超音波接合装置の変形例であって、図５，図６に示すように、ヒータ３をベース１４に接続して固定した点で、上述した各実施の形態と異なる。
【００３４】
本実施の形態においては、ベース１４Ａ上にＸＹ方向移動手段７が設けられ、ＸＹ方向移動手段７から支柱１６が立ち上がる。支柱１６の先端側にはＺ方向移動手段６が設けられ、Ｚ方向移動手段６から支柱１６と交差する方向にアーム１７が立ち上がる。アーム１７の先端側にはθ方向移動手段５を介してブラケット１５が取り付けられる。ブラケット１５には超音波振動子２が取付けられる。また、ヒータ３は、ベース１４に接続されている。
【００３５】
図５を参照して、超音波ホーン１はヒータ３と接触し、ヒータ３により超音波ホーン１が加熱されている。この状態から、θ方向移動手段５およびＸＹ方向移動手段７を作動させ、固定樹脂１１を介して基板９とチップ１２とを接続、加圧する。この際、ヒータ３は固定されているので、超音波ホーン１とヒータ３とが離間する。
【００３６】
以上の構成により、上述した各実施の形態と同様の移動機構を実現することができる。したがって、本実施の形態においても、上述した各実施の形態と同様の効果を奏する。
【００３７】
なお、本実施の形態において、上述した各実施の形態と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。
【００３８】
（実施の形態４）
図７，図８は、実施の形態４に係る超音波接合装置を示した図である。なお、図７は、ヒータ３により超音波ホーン１を加熱している状態を示す図であり、図８は、ヒータ３を超音波ホーン１から離間させた後に、超音波振動によりチップ１２と基板９とを接合している状態を示す図である。
【００３９】
本実施の形態に係る超音波接合装置は、上述した各実施の形態に係る超音波接合装置の変形例であって、図７，図８に示すように、ヒータ３をベース１４Ｂ上のＸＹ方向移動手段７に接続した点で、上述した各実施の形態と異なる。
【００４０】
本実施の形態においては、ベース１４から支柱１６が立ち上がる。支柱１６の先端側にはＺ方向移動手段６が設けられ、Ｚ方向移動手段６から支柱１６と交差する方向にアーム１７が立ち上がる。アーム１７の先端側にはブラケット１５が取り付けられる。ブラケット１５には超音波振動子２が取付けられる。ベース１４Ｂ上にはＸＹ方向移動手段７およびθ方向移動手段５が設けられる。さらに、θ方向移動手段５上に接合ステージ８が設けられる。また、ヒータ３は、ＸＹ方向移動手段７を介してベース１４Ｂに接続されている。
【００４１】
図７を参照して、超音波ホーン１はヒータ３と接触し、ヒータ３により超音波ホーン１が加熱されている。この状態から、θ方向移動手段５およびＸＹ方向移動手段７を作動させ、固定樹脂１１を介して基板９とチップ１２とを接続、加圧する。この際、超音波ホーン１はＸＹ平面方向には移動しないが、ヒータ３は接合ステージ８と連動してＸＹ平面方向に移動する。すなわち、本実施の形態においては、ＸＹ方向移動手段７がヒータ移動手段としても機能している。この結果、超音波ホーン１とヒータ３とが離間する。
【００４２】
以上の構成により、上述した各実施の形態と同様の移動機構を実現することができる。したがって、本実施の形態においても、上述した各実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４３】
なお、本実施の形態において、上述した各実施の形態と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。
【００４４】
（実施の形態５）
図９，図１０は、実施の形態５に係る超音波接合装置を示した図である。なお、図９は、ヒータ３により超音波ホーン１を加熱している状態を示す図であり、図１０は、ヒータ３を超音波ホーン１から離間させた後に、超音波振動によりチップ１２と基板９とを接合している状態を示す図である。
【００４５】
本実施の形態に係る超音波接合装置は、上述した各実施の形態に係る超音波接合装置の変形例であって、図９，図１０に示すように、ヒータ３をヒータ移動手段４を介してベース１４に接続した点で、上述した各実施の形態と異なる。
【００４６】
本実施の形態においては、ベース１４から支柱１６が立ち上がる。支柱１６の先端側にはＺ方向移動手段６が設けられ、Ｚ方向移動手段６から支柱１６と交差する方向にアーム１７が立ち上がる。アーム１７の先端側にはブラケット１５が取り付けられる。ブラケット１５には超音波振動子２が取付けられる。ベース１４Ｂ上にはＸＹ方向移動手段７およびθ方向移動手段５が設けられる。さらに、θ方向移動手段５上に接合ステージ８が設けられる。また、ヒータ３は、ヒータ移動手段４を介してベース１４に接続されている。
【００４７】
図９を参照して、超音波ホーン１はヒータ３と接触し、ヒータ３により超音波ホーン１が加熱されている。この状態から、θ方向移動手段５およびＸＹ方向移動手段７を作動させ、固定樹脂１１を介して基板９とチップ１２とを接続、加圧する。この際、ヒータ移動手段４を作動させ、ヒータ３を超音波ホーン１から離間させる。
【００４８】
以上の構成により、上述した各実施の形態と同様の移動機構を実現することができる。したがって、本実施の形態においても、上述した各実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４９】
なお、本実施の形態において、上述した各実施の形態と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。
【００５０】
（実施の形態６）
図１１は、実施の形態６に係る超音波接合装置における超音波ホーンとヒータとの接触部を示した図である。
【００５１】
本実施の形態に係る超音波接合装置は、図１１に示すように、ヒータ３と超音波ホーン１との間に、空気よりも熱伝導率が大きく、ヒータ３および超音波ホーン１よりも硬度が小さいシート１８（伝熱部）を備える。
【００５２】
シート１８に用いる素材としては、たとえばシリコンを含むものなどが考えられる。
【００５３】
なお、シート１８は、上述した各実施の形態に係る超音波接合装置において、すべて適用可能である。図１１においては、図示および説明の便宜上、超音波ホーン１およびヒータ３以外の構成の図示は行なわない。
【００５４】
上述したシート１８を設けることで、超音波ホーン１とヒータ３とを接触させた際に、それらの間に生じる空隙の大きさを小さくすることができる。したがって、超音波ホーン１とヒータ３との間の接触熱抵抗を低減することができ、ヒータ３による超音波ホーン１の加熱を効率よく行なうことができる。この結果、加熱に要する時間を短縮することなどが可能となる。
【００５５】
なお、本実施の形態において、上述した各実施の形態と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組み合わせることは、当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超音波接合装置を示した図である。
【図２】図１に示す超音波接合装置を用いて電子部品と基板とを接合する工程を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る超音波接合装置を示した図である。
【図４】図３に示す超音波接合装置を用いて電子部品と基板とを接合する工程を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る超音波接合装置を示した図である。
【図６】図５に示す超音波接合装置を用いて電子部品と基板とを接合する工程を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る超音波接合装置を示した図である。
【図８】図７に示す超音波接合装置を用いて電子部品と基板とを接合する工程を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る超音波接合装置を示した図である。
【図１０】図９に示す超音波接合装置を用いて電子部品と基板とを接合する工程を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態６に係る超音波接合装置における超音波ホーンとヒータとの接触部を示した図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  超音波ホーン、２  超音波振動子、３  ヒータ、４  ヒータ移動手段、５  θ方向移動手段、６  Ｚ方向移動手段、７  ＸＹ方向移動手段、８  接合ステージ、９  基板、１０，１３  電極、１１  固定樹脂、１２  チップ、１４，１４Ａ，１４Ｂ  ベース、１５  ブラケット、１６  支柱、１７  アーム、１８  シート。
【図１】
2005230845.tif 000003
【図２】
2005230845.tif 000004
【図３】
2005230845.tif 000005
【図４】
2005230845.tif 000006
【図５】
2005230845.tif 000007
【図６】
2005230845.tif 000008
【図７】
2005230845.tif 000009
【図８】
2005230845.tif 000010
【図９】
2005230845.tif 000011
【図１０】
2005230845.tif 000012
【図１１】
2005230845.tif 000013